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Research Activities

Untersuchung von Radialverdichtern mit Phasenwechsel

Im Rahmen das Verbundprojekts „FokusTurbo“ mit Siemens Energy in Duisburg konzentriert sich meine Forschung auf die Entwicklung von flexiblen Strömungsmaschinen für CO₂-basierte Energiespeichersysteme. In diesen Anwendungen fungieren Radialverdichter als „Herzstück“ des Systems und gewährleisten einen konstanten Transport von CO₂.

Mein vorrangiges Ziel ist es, technische Herausforderungen zu adressieren, die sich durch Phasenübergänge in der Nähe des kritischen Punkts ergeben. Dies erfolgt durch die Entwicklung fortschrittlicher Modelle, die Nichtgleichgewichts-Phasenübergängseffekte berücksichtigen. Um dies zu erreichen, werden numerische 3D Strömungsmechanik (CFD) und Realgas-Bibliotheken (REFPROP) verwendet, um die Blasen- sowie Tropfenbildung zu implementieren.  

Die Nichtgleichgewichtseffekte dieser Phänomene werden oft vernachlässigt, dürften jedoch einen erheblichen Einfluss auf die Verdichterleistung haben. Darüber hinaus werden die erweiterten Modelle genutzt, um das Risiko von Materialabtrag, wie beispielweise Kavitation, verursacht durch den Zusammenbruch von Blasen, zu bewerten. Diese Untersuchung von Zweiphasenphänomenen in Radialverdichtern ermöglicht eine Bewertung der Betriebsgrenzen und notwendiger Konstruktionsänderungen. Dies erhöhten letztlich die Betriebsflexibilität und Effizienz von Verdichtern, die für die Energiewende von entscheidender Bedeutung sind.

Research on two-phase behaviour in centrifugal compressors

As part of the ‘FokusTurbo’ joint project with Siemens Energy in Duisburg, my research focuses on the development of flexible turbomachinery for CO₂-based energy storage systems. In these applications, radial compressors serve as the ‘heart’ of the system, ensuring a constant transportation of CO₂.

 My primary objective is to address the technical challenges that arise through phase change near the critical point through developing advanced models to account for non-equilibrium phase change effects. To achieve this, 3D computational fluid dynamics (CFD) in combination with real gas property tables (REFPROP) are used to implement droplet and bubble nucleation.

The non-equilibrium effects of these phenomena are often neglected, but are expected to have significant influence on compressor performance. Furthermore, the extended models will be used to assess the risk of material erosion, such as cavitation, caused by bubble collapse. This investigation of two-phase phenomena in centrifugal compressors will enable an assessment of operating limits and necessary design modifications, ultimately expanding the operational flexibility and efficiency of compressors critical to the energy transition.